PENGARUH PROSES DEFORMASI PLASTIS DENGAN METODE HAMMERING TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN MICROSTRUKTUR BAJA BOHLER K460 (AISI O1) SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ISMAIL HUSIN TANJUNG 080401005 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013
i ABSTRAK Pengerasan regangan merupakan peningkatan kekuatan atau kekerasan melalui orientasi kristal. Pembentukan kristal logam agar sel-satuan memiliki orientasi yang mendekati arah tertentu dapat dilakukan dengan cara deformasi plastis, seperti dengan proses hammering. Tujuan penelitian ini adalah mengamati pengaruh perlakuan hammering diatas temperature rekristalisasi dan tingkat deformasi terhadap sifat mekanis seperti kekerasan, kekuatan tarik, dan struktur mikro bahan. Mengetahui hubungan dan pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis bahan. Melihat apakah baja bohler K460 yang telah diproses dengan perlakuan hammering diatas temperature rekristalisasi memiliki sifat mekanis lebih baik dari raw materialnya. Perbaikan sifat mekanis baja bohler K460 dilakukan dengan metode deformasi plastis dengan cara hammering diatas suhu regristalisasi. Temperature suhu yang dilakukan adalah suhu 700 C, 750 C, 800 C, 850 C, 900 C, dengan waktu penahanan hammering 5s, 10s, 15s, 20s. Hasil pengujian sifat mekanis memperlihatkan bahwa nilai kekerasan optimum adalah 627,2 BHN pada suhu 900 C dengan waktu penahanan hammering 15s. Hasil pengujian tarik optimum diperoleh tegangan batas sebesar 1616,64 MPa dan tegangan luluh 1350 MPa pada suhu 900 C dengan waktu penahanan hammering 15s. Korelasi ukuran butir terhadap sifat mekanis yaitu kekerasan berbanding terbalik, dimana semakin kecil ukuran butir maka bahan akan semakin keras. Sedangkan untuk hubungan antara ukuran butir dan kekuatan tarik berbanding terbalik juga, dimana semakin besar ukuran butir maka kekuatan bahan akan semakin menurun. Pengaruh dari perlakuan hammering diatas temperature rekristalisasi yang telah dilakukan, setelah diambil nila nilai optimalnya maka diperoleh material setelah dilakukan proses hammering jauh lebih baik dibandingkan raw materialnya sehingga dapat disimpulkan bahwa pengaruh hammering diatas temperatur rekristalisasi meningkatkan sifat-sifat mekanis bahan. Keywords: Hammering diatas Temperatur Rekristalisasi, Baja Bohler K460(AISI O1), Sifat Mekanis,Diameter Butiran.
ii ABSTRACT Strain hardening is enhancement force or violence through the crystal orientation. Formation of a metal crystal unit cell that has a specific orientation toward approach can be done by plastic deformation, such as the hammering process. The purpose of this study was to observe the effect of treatment hammering on top recrystallization temperature and deformation rate on mechanical properties such as hardness, tensile strength, and microstructure formation of crystalline metallic material. Knowing the relation and influence of grain size against the mechanical properties of materials. See whether Bohler K460 steel that has been processed by hammering treatment on top the recrystallization temperature has better mechanical properties of raw material. Improvement of mechanical properties of steel Bohler K460 performed by the method of plastic deformation by hammering above temperature r recrystallization. temperature conducted 700 C is the temperature, 750 C, 800 C, 850 C, 900 C, with a holding time hammering 5s, 10s, 15s, 20s. The test results showed that the mechanical properties of the optimum value is 627.2 BHN hardness at 900 C with a holding time hammering 15s. Tensile test results obtained optimum stress limit of 1616.64 MPa and 1350 MPa yield stress at a temperature of 900 C with a holding time hammering 15s. Correlation of grain size against is mechanical properties of hardness inversely proportional, where the smaller the grain size of the material will be the hardest. While for relation between grain size and inversely proportional the tensile strength as well, where the larger the grain size of the material strength will decrease. The effect of treatment above the recrystallization temperature hammering was done, after having taken the optimal values it is obtained material after the hammering process is much better than the raw material so that it can be concluded that the effect of hammering above recrystallization temperature increases the mechanical properties of materials. Keywords: hammering above temperaturer recrystallization, K460 Bohler Steel (AISI O1), mechanical properties, grain size
iii KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulilah saya ucapkan Kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan nikmat kesehatan dan semangat sehingga tugas sarjana ini dapat selesai. Tugas sarjana yang berjudul PENGARUH PROSES DEFORMASI PLASTIS DENGAN METODE HAMMERING TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN MIKRO STRUKTUR BAJA BOHLER K460 UNTUK PISAU PEMANEN SAWIT (ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. Tugas sarjana ini berisikan penelitian yang berhubungan dengan pembentukan ukuran butiran pada skala mikro dengan menggunakan teknik hammering diatas temperatur rekristalisasi terhadap material baja bohler K460 sehingga diharapkan terjadi perubahan sifat-sifat mekanis pada material tersebut. Selama pembuatan tugas sarjana ini dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini saya ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Kedua orang tuaku, Ayahanda Ibrahim Tanjung dan Ibunda Marito Ninggolan yang telah memberikan perhatian, do a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga adik-adikku Helmi Rahman Tanjung, Rahmat Suhelmi Tanjung dan Rima Melati Tanjung yang terus menerus memberikan doa, semangat dan masukan, begitu juga untuk perempuan yang saya sayang Entywe Habeahan yang telah dan selalu memberikan doa, semangat selama pembuatan tugas sarjana ini. 2. Bapak Dr. Eng. Ir. Indra, MT selaku dosen pembimbing Tugas sarjana yang telah banyak membantu menyumbang pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr. Ing- Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, dan Bapak Ir Syahril Gultom selaku Sekertaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik.
iv 4. Seluruh staf pengajar yang telah banyak membantu dan memberikan ilmu selama perkuliahan dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, Kak Sonta, Bapak Syawal, Bang Sarjana, Bang Lilik, Kak Ika, Bang Siddiq, Kak Ari, Bang Rustam yang telah banyak membantu urusan administrasi. 5. Seluruh anggota dalam tim penelitian ini, Daniansyah, Sahir, Royyan, Leo, Indra, dan Dika. Penelitian ini merupakan suatu kesempatan yang sangat berharga bagi saya untuk dapat meningkatkan ilmu, dan kualitas, serta pengalaman yang tidak akan pernah saya lupakan. 6. Seluruh teman teman stambuk 2008, Munawir, Fauzi, Fadli, Irham, Halim, Rozi, dan yang lainnya yang namanya tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana ini. 7. Seluruh teman teman angkatan 11 IAS, Idam, Saddam, Musawir, Arif, Yusup, Makmur, dan yang lainya yang namanya tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah mau berbagi suka dan duka dari masa SMA sampai sekarang. 8. Kawan kawan pengajian Tafa, Yakup, Rama, Neng, Adis, Ucok, Andre, Kak Ros, Bang Alam, yang selalu mempertanyakan kapan wisuda, 9. Ade Sila dan Maylin yang telah meminjamkan leptop untuk pembuatan tugas ahir ini. Saya menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, saran dan kritik dari pembaca sekalian sangat diharapkan demi kesempurnaan skrispi ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi semua pihak. Medan, November 2013 Ismail Husin Tanjung NIM : 080401 005
v DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 4 1.5 Batasan Masalah... 5 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Baja... 7 2.1.1 Klasifikasi Baja... 9 2.1.2 Sifat-Sifat Baja... 10 2.1.3 Diagram Fasa Fe-C... 14 2.2 Mekanisme Penguatan Logam... 18 2.3 Proses Deformasi... 21 2.3.1 Proses Pengerjaan Panas... 24 2.4 Pengujian Kekerasan... 26 2.5 Pengujian Tarik... 27
vi 2.6 Analisa Struktur Butir... 30 2.7 Pertumbuhan Struktur Butir... 31 2.8 Perhitungan Diameter Butir... 32 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 35 3.1 Waktu dan Tempat... 35 3.2 Alat dan Bahan... 35 3.2.1 Alat... 35 3.2.2 Bahan... 36 3.3 Spesifikasi Spesimen... 36 3.4 Hammering Diatas Temperatur Rekristalisasi... 37 3.5 Pengujian... 39 3.5.1 Pengujian Kekerasan... 39 3.5.2 Pengujian Tarik... 40 3.5.3 Pengujian Metalografi... 43 3.6 Diagram Alir Penelitian... 45 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 46 4.1 Hasil... 46 4.1.1 Hasil Uji Kekerasan... 47 4.1.2 Hasil Uji Tarik... 49 4.1.3 Hasil Pengamatan Mikrostruktur... 51 4.2 Pembahasan... 53 4.2.1 Hubungan Antara Kekerasan dan Kekuatan Tarik... 54 4.2.2 Hubungan Antara Kekerasan dan Diameter Butir... 54 4.2.3 Hubungan Antara Kekuatan Tarik dan Diameter Butir.. 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 57 5.1 Kesimpulan... 57 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram Fasa Fe-C... 17 Gambar 2.2 Kurva tegangan regangan baja... 28 Gambar 2.3 Perhitungan butiran menggunakan metode planimetri... 32 Gambar 3.1 Spesimen uji kekerasan... 36 Gambar 3.2 Spesimen metallografi... 37 Gambar 3.3 Spesimen uji tarik... 37 Gambar 3.4 Pemanasan spesimen di dalam furnace... 38 Gambar 3.5 Mesin Hammer... 38 Gambar 3.6 Alat uji Brinell... 39 Gambar 3.7 Alat uji tarik Torsee INSTRON model 100 HDX - GIB... 41 Gambar 3.8 Mikroskop optic... 43 Gambar 3.9 Diagram alir penelitian... 45 Gambar 4.1 Hubungan antara gaya hammer dengan sifat mekanis... 48 Gambar 4.2 Grafik hasil uji tarik... 49 Gambar 4.3 Foto mikro pembesaran 500X pada baha awal (raw material)... 51 Gambar 4.4 Foto mikro pembesaran 500X... 52 Gambar 4.5 Hubungan antara deformasi dengan sifat mekanis... 54 Gambar 4.6 Hubungan antara diamter butir dengan sifat mekanis... 55
viii DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Hubungan antara perbesaran yang digunakan dengan pengali Jeffries... 34 Tabel 4.1 Sifat mekanis Baja Bohler K460... 46 Tabel 4.2 Hasil uji komposisi Bahan Baja Bohler K460... 46 Tabel 4.3 Pengujian kekerasan bedasarkan skala Brinell... 47 Tabel 4.4 Hasil uji tarik pada nilai optimal... 50 Tabel 4.5 Hasil pengukuran diameter butir... 53 Tabel 4.6 Hubungan deformasi dengan sifat mekanis dan hubungan diameter butir dengan sifat mekanis... 53
ix DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan A luas penampang mm 2 d diameter butir μm D Diameter mm 2 ε Regangan % f pengali Jeffries butiran/mm 2 F gaya tarik N L Panjang mm σ Tegangan MPa N jumlah butir - Δ Perubahan - π Konstanta 3,14 -